Ngày 29/4/1954, các đại đoàn 304, 308, 312, 316, 351 và Trung đoàn 57 sau khi kiểm tra lại công tác chuẩn bị chiến đấu đã báo cáo lên Bộ Chỉ huy Mặt trận: tất cả đã sẵn sàng bước vào đợt tiến công thứ 3.
Ngày 27/4/1954, trong Hội nghị chính trị tại mặt trận, thông tin liên lạc được giao nhiệm vụ chuẩn bị hệ thống loa phóng thanh cho đợt tiến công mới bằng địch vận làm tan rã hàng ngũ địch. Ban Thông tin chiến dịch đã điều động cán bộ, nhân viên kỹ thuật đem lên mặt trận bộ máy và hệ thống loa phóng thanh đã từng phục vụ Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ II của Đảng (1951) và Đại hội thống nhất Mặt trận Việt Minh-Liên Việt để làm công tác địch vận.
Tại Điện Biên Phủ, ngày 25/4/1954, trong cơn hoảng loạn vì vỡ trận ở các mặt trận, quân Pháp cho máy bay ném bom vào trại tập trung Noong Nhai (thuộc xã Thanh Xương, huyện Điện Biên), giết hại 444 đồng bào các dân tộc thiểu số, hầu hết là phụ nữ và trẻ em; làm hàng trăm người khác bị thương.
Sáng ngày 24/4/1954, địch tung tiểu đoàn dù lê dương số 2 cùng 5 xe tăng, có pháo binh, không quân yểm hộ mở đợt phản kích quyết liệt hòng đánh bật ta ra khỏi cứ điểm 206 và khu vực sân bay. Không quân địch đã trút xuống khu vực này 600 quả bom hòng hủy diệt lực lượng ta và yểm hộ cho bộ binh, xe tăng của chúng phản kích.
Ngày 26/4/1954, tại Điện Biên Phủ, được Mỹ giúp sức, không quân Pháp đã tập trung hàng trăm máy bay các loại tăng cường đánh phá các trận địa và đường giao thông của ta.
Bộ đội ta tiến đến giữa sân bay Điện Biên Phủ, địch đã mất một số vị trí then chốt ở khu trung tâm. Cách duy nhất để thoát thân là phá vòng vây hoặc mở một cuộc hành quân phía sau lưng lưng ta thì may ra mới thoát khỏi thảm họa.
Đêm 21 rạng ngày 22/4/1954, Trung đoàn 36 nổ súng đánh chiếm lô cốt đầu cầu. Nhờ có chiến hào lấn dũi vào gần, bộ đội ta nhanh chóng chiếm được trận địa tiền duyên của địch. Địch hoang mang, đối phó lúng túng. Tranh thủ thời cơ thuận lợi, Trung đoàn ra lệnh tiến công dứt điểm. Chỉ sau hai giờ chiến đấu, quân ta làm chủ hoàn toàn cứ điểm 206, diệt và bắt một đại đội lính Lê dương.
Sau đợt tiến công thứ 2, Tổng Quân ủy đã báo cáo kết quả chiến đấu và công tác chuẩn bị lên Bộ Chính trị, sau khi Bộ Chính trị đồng ý với kết quả và kế hoạch chuẩn bị của Tổng Quân ủy, đã có thư gửi Đại tướng Võ Nguyên Giáp. Nội dung như sau:
Các đại đoàn vừa tiến hành sinh hoạt chính trị, tự phê bình và phê bình sâu sắc, đồng thời đẩy mạnh các hoạt động như: tăng cường bắn tỉa, đoạt dù tiếp tế của địch.
Trong Chiến dịch Điện Biên Phủ, lực lượng công binh đã có nhiều đóng góp quan trọng, hiệp đồng chặt chẽ cùng với các lực lượng khác, bảo đảm cho sự toàn thắng của chiến dịch.
Hai đợt tấn công của quân ta ở mặt trận Điện Biên Phủ đều thắng lợi, tiêu diệt hơn 2/5 sinh lực địch, chiếm lĩnh những cao điểm ở phía Bắc và hầu hết những cao điểm ở phía Đông khu Mường Thanh, đánh chiếm sân bay và bắt đầu hạn chế sự tiếp tế của địch, tạo những điều kiện căn bản cho quân ta hoàn thành nhiệm vụ tiêu diệt toàn bộ quân địch ở Điện Biên Phủ.
Trước những diễn biến gay go, quyết liệt ở Điện Biên Phủ, ngày 19/4/1954, Bộ Chính trị ra Nghị quyết về tiếp tục thấu triệt phương châm “đánh chắc, tiến chắc” để giành toàn thắng cho chiến dịch Điện Biên Phủ.
Các công tác chuẩn bị đã hoàn thành, nhiệm vụ tác chiến của đợt 2 được tiếp tục tiến hành. Bộ đội tiếp tục đào hào vây lấn vào sát lô cốt địch, nhiều nơi chỉ cách lô cốt địch 15-30m.